生物化學(xué)：第十章 蛋白質(zhì)代謝

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1、第十章 蛋白質(zhì)的分解代謝 華東理工大學(xué)生物化學(xué)精品課程組上海市精品課程系列第十章 蛋白質(zhì)的分解代謝p學(xué)習(xí)要求了解機(jī)體蛋白質(zhì)的各種作用了解消化道不同部位的蛋白質(zhì)消化，吸收原理明確下列概念：氮平衡，必需氨基酸，氧化脫氨作用，轉(zhuǎn)氨作用，聯(lián)合脫氨作用，生糖或生酮氨基酸掌握氨基酸分解產(chǎn)物的代謝途徑：氨基氮的排泄及尿素循環(huán)了解一碳化合物與氨基酸代謝的關(guān)系第十章 蛋白質(zhì)的分解代謝10.1 概論10.2 蛋白質(zhì)的消化、吸收和腐敗10.3 氨基酸的分解代謝10.4 氨基酸分解代謝產(chǎn)物的進(jìn)一步代謝10.1 概論p蛋白質(zhì)代謝的作用 p蛋白質(zhì)的需求量 p蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價(jià)值 返回蛋白質(zhì)代謝的作用蛋白質(zhì)代謝是維持組織細(xì)胞生

2、長、更新和修復(fù)的需要。生物體必須從環(huán)境中攝取合成蛋白質(zhì)的原料來合成自身蛋白質(zhì)，不同的生物體合成蛋白質(zhì)的能力不同，所采用的原料也不盡相同。生物體的組織蛋白質(zhì)不斷地進(jìn)行分解和合成，處于動態(tài)平衡。蛋白質(zhì)代謝也可以為生物體提供能量，生成ATP。蛋白質(zhì)代謝還為生物體合成某些含氮物提供氮源。返回蛋白質(zhì)的需求量蛋白質(zhì)的攝入量和排出量食物中的含氮物質(zhì)大多數(shù)是蛋白質(zhì)，含氮量比較恒定，為16%。蛋白質(zhì)在體內(nèi)消化吸收后分解代謝所產(chǎn)生的含氮物質(zhì)主要由尿排出，未消化吸收的由糞便排出。氮平衡蛋白質(zhì)的生理需要量成人每日最低需要3050g蛋白質(zhì)。為了長期保持總氮平衡，仍須增量才能滿足要求。我國營養(yǎng)學(xué)會推薦成人每日蛋白質(zhì)需要量

3、為80g。返回氮平衡食物攝入氮 排出氮反映體內(nèi)蛋白質(zhì)合成與分解的動態(tài)關(guān)系總氮平衡：攝入氮=排出氮。即蛋白質(zhì)分解與合成處于平衡，如成人正氮平衡：攝入氮排出氮即蛋白質(zhì)合成量多于分解量，如兒童、孕婦負(fù)氮平衡：攝入氮排出氮即蛋白質(zhì)分解量多于合成量，如饑餓、消耗性疾病 返回蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價(jià)值蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價(jià)值取決于其含必需氨基酸種類及比例的多少。必需氨基酸：機(jī)體不能合成的氨基酸，必需 從食物中攝取，有八種：賴、纈、異亮、苯丙、蛋、亮、 色、蘇非必需氨基酸：體內(nèi)可合成的氨基酸半必需氨基酸：嬰幼兒時(shí)期合成量不能滿足需要，有兩種：組氨酸和精氨酸。蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價(jià)值蛋白質(zhì)營養(yǎng)價(jià)值的化學(xué)評分： 將其氨基酸組成與標(biāo)準(zhǔn)蛋白

4、（雞蛋或牛奶蛋白）或FAO（世界糧農(nóng)組織營養(yǎng)委員會）模型進(jìn)行比較。蛋白質(zhì)的生理價(jià)值（BV）：指蛋白質(zhì)的利用率蛋白質(zhì)的互補(bǔ)作用：指營養(yǎng)價(jià)值較低的蛋白質(zhì)若其必需氨基酸互相補(bǔ)充混合食用時(shí)則可大大提高營養(yǎng)價(jià)值。 氮的保留量BV = 100% 氮的吸收量混合食物蛋白質(zhì)的互補(bǔ)作用蛋白質(zhì)來源重量%單食時(shí)BV混食時(shí)BV豆腐干426577面筋5867小麥3967小米135789牛肉2669大豆2264返回10.2 蛋白質(zhì)的消化、吸收和腐敗p人體對蛋白質(zhì)的消化p人體對氨基酸的吸收p蛋白質(zhì)的腐敗返回人體對蛋白質(zhì)的消化1. 主要的酶類據(jù)水解肽鍵部位的不同分為兩類：內(nèi)肽酶：胃蛋白酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶、彈性蛋白酶 （水

5、解蛋白質(zhì)內(nèi)部肽鍵）外肽酶：氨基肽酶、羧基肽酶 （從肽鏈兩端開始水解肽鍵）人體對蛋白質(zhì)的消化2. 消化過程唾液中不含有水解蛋白質(zhì)的酶，故食物蛋白質(zhì)的消化自胃中開始，但主要在小腸中進(jìn)行。胃中消化酶原的激活水解作用胃蛋白酶原H+胃蛋白酶 蛋白質(zhì) 多肽胃蛋白酶人體對蛋白質(zhì)的消化2. 消化過程小腸內(nèi)消化(主要部位)酶原的激活水解作用 蛋白質(zhì) 肽 氨基酸內(nèi)肽酶外肽酶胰蛋白酶原 腸激酶 糜蛋白酶 彈性蛋白酶 羧基肽酶胰蛋白酶幾種酶原的活化腸粘膜細(xì)胞膽汁酸腸激酶自我催化胰蛋白酶原糜蛋白酶原蛋白酶原彈性蛋白酶原彈性蛋白酶羧肽酶原羧肽酶胰蛋白酶返回人體對氨基酸的吸收主要部位：小腸吸收機(jī)制氨基酸載體（運(yùn)載蛋白）-谷

6、氨?；h(huán)：通過谷胱甘肽轉(zhuǎn)運(yùn)堿性氨基酸載體酸性氨基酸載體亞氨基酸載體中性氨基酸載體：主要載體返回-谷氨?；h(huán)返回蛋白質(zhì)的腐敗 在消化過程中，有一小部分蛋白質(zhì)不被消化，也有一小部分消化產(chǎn)物不被吸收。腸道細(xì)菌對這部分蛋白質(zhì)及其消化產(chǎn)物所起的作用，被稱為腐敗作用腐敗作用。 腐敗作用是細(xì)菌本身的代謝過程，以無氧分解為主。10.3 氨基酸的分解代謝食物蛋白質(zhì)經(jīng)消化吸收的氨基酸(外源性氨基酸)與體內(nèi)組織蛋白質(zhì)分解產(chǎn)生的氨基酸(內(nèi)源性氨基酸)，其中還包括一部分體內(nèi)合成的非必需氨基酸，總稱為氨基酸代謝庫。食物蛋白消化吸收體內(nèi)合成(非必需氨基酸)蛋白質(zhì)（主）合成轉(zhuǎn)變其它含氮化合物經(jīng)腎排出 (1g/d)氨基酸代

7、謝庫組織蛋白質(zhì)分解脫羧胺類分解脫氨(生成尿素)-酮酸酮體氧化供能糖10.3 氨基酸的分解代謝各種氨基酸具有共同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，故它們有共同的代謝途徑：脫氨作用和脫羧作用。其中脫氨作用是主要代謝方式，脫羧作用是次要的代謝方式。氨基酸的脫氨基作用氨基酸的脫羧基作用氧化脫氨作用轉(zhuǎn)氨作用聯(lián)合脫氨作用返回氧化脫氨作用氧化脫氨作用（特點(diǎn)：有氨生成）氨基酸氨基酸氧化酶 2H+ H2O亞氨基酸-酮酸+ NH3OC COOHR2NHCCOOHRNH2CHCOOHR氧化脫氨作用氧化脫氨作用主要酶類：L-氨基酸氧化酶（活性低，分布于肝及腎臟）D-氨基酸氧化酶（活性強(qiáng)，但體內(nèi)D-氨基酸少）L-谷氨酸脫氫酶活性強(qiáng)，分布于肝

8、、腎及腦組織輔酶為NAD+或NADP+專一性強(qiáng)，只作用于谷氨酸，催化的反應(yīng)可逆氨基酸氧化酶與L-谷氨酸脫氫酶 L-谷氨酸脫氫酶谷氨酸+ H2O-酮戊二酸+ NH3NAD（P）+NAD（P）H返回 -氨基酸 氨基酸氧化酶（FAD、FMN）-酮酸 R-CH-COO- NH+3 R-C-COO-+NH3 OH2O+O2H2O2轉(zhuǎn)氨作用在轉(zhuǎn)氨酶的催化下，-氨基酸的氨基轉(zhuǎn)移到-酮酸的酮基碳原子上，結(jié)果原來的-氨基酸生成相應(yīng)的-酮酸，而原來的-酮酸則形成了相應(yīng)的-氨基酸，這種作用稱為轉(zhuǎn)氨基作用或氨基移換作用。 -氨基酸1-酮酸1-酮酸2-氨基酸2轉(zhuǎn)氨酶 R2-C-COO- O R2-CH-COO- NH+

9、3 R1-CH-COO- NH+3 R1-C-COO- O轉(zhuǎn)氨作用特點(diǎn)：只有氨基的轉(zhuǎn)移，沒有氨的生成催化的反應(yīng)可逆其輔酶都是磷酸吡哆醛生理意義：是體內(nèi)合成非必氨基酸的重要途徑，也是聯(lián)系糖代謝與氨基酸代謝的橋梁。接受氨基的主要酮酸有： 丙酮酸 -酮戊二酸 草酰乙酸重要的轉(zhuǎn)氨酶谷丙轉(zhuǎn)氨酶(GPT)谷草轉(zhuǎn)氨酶(GOT)臨床意義：急性肝炎患者血清GPT升高臨床意義：心肌?；颊哐錑OT升高GPT谷氨酸 + 丙酮酸 -酮戊二酸 + 丙氨酸GOT谷氨酸 + 草酰乙酸 -酮戊二酸 +天冬氨酸返回聯(lián)合脫氨作用聯(lián)合脫氨作用即轉(zhuǎn)氨基作用和氧化脫氨基作用聯(lián)合進(jìn)行的脫氨基作用方式。轉(zhuǎn)氨偶聯(lián)氧化脫氨轉(zhuǎn)氨偶聯(lián)AMP循環(huán)脫

10、氨轉(zhuǎn)氨偶聯(lián)氧化脫氨轉(zhuǎn)氨酶L-谷氨酸脫氫酶H20+NAD+NH3+NADH-酮酸-氨基酸-酮戊二酸L-谷氨酸轉(zhuǎn)氨偶聯(lián)AMP循環(huán)脫氨-氨基酸-酮酸-酮戊二酸谷氨酸草酰乙酸天冬氨酸腺苷酰琥珀酸蘋果酸延胡索酸腺苷酸次黃苷酸返回氨基酸的脫羧基作用氨基酸在氨基酸脫羧酶（輔酶為磷酸吡哆醛）作用下脫羧基生成相應(yīng)的胺。RCHHNCHR-POCR-PHR - CH2 - NH2H2O+RCCOOHHHOCR-PHNRCCOOHHCHR-PH2OCO2氨基酸的脫羧基作用幾種生物胺的生成：谷氨酸脫羧生成 -氨基丁酸（GABA）組氨酸的脫羧基生成組胺色氨酸脫羧基生成5-羥色胺（5-HT）酪氨酸脫羧生成兒茶酚胺返回10.

11、4 氨基酸分解代謝產(chǎn)物的進(jìn)一步代謝pCO2的代謝p尿素循環(huán)p-酮酸的代謝p一碳單位的代謝p氨的代謝p胺的代謝返回氨的代謝(一) 血氨的來源及去路來源： 氨基酸脫氨 腎臟產(chǎn)生的氨 胺的氧化去路： 合成尿素排出 與谷氨酸合成谷氨酰胺 合成非必需氨基酸及含氮物 經(jīng)腎臟以銨鹽形式排出氨的代謝(二) 氨的毒性血液中1%的氨就可引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)中毒。其機(jī)理是：高濃度的氨使TCA中間產(chǎn)物-酮戊二酸轉(zhuǎn)變成L-Glu，使大腦內(nèi)-酮戊二酸大量減少，甚至缺乏，而導(dǎo)致TCA無法運(yùn)轉(zhuǎn)，ATP生成受到嚴(yán)重的阻礙，引起腦功能受損。以上反應(yīng)還使NADPH大量消耗，嚴(yán)重地影響需要還原力(NADPH+H+)反應(yīng)的正常進(jìn)行。因此動

12、物體內(nèi)游離氨形成后需立即進(jìn)行代謝。氨的代謝(三) 氨的轉(zhuǎn)運(yùn) 丙氨酸-葡萄糖循環(huán)： 1、實(shí)現(xiàn)了氨的無毒轉(zhuǎn)運(yùn) 2、肝組織為肌肉活動提供 能量氨的代謝(三) 氨的轉(zhuǎn)運(yùn) 谷氨酰胺的運(yùn)氨作用： 谷氨酰胺是中性無毒物質(zhì)，容易透過細(xì)胞膜，是氨的主要運(yùn)輸形式，也是體內(nèi)氨的儲存形式。尿素、銨鹽等(腦、肌肉)(肝、腎)臨床上用谷氨酸鹽降低血氨氨的代謝谷氨酰胺谷氨酸AspAsnH2ONH3天冬酰胺酶白血病細(xì)胞不能臨床上用此酶分解血的Asn治療白血病COOHCOOHCH2CHNHCOOHCONHCH2CHNH2谷氨酰胺的運(yùn)氨作用：返回尿素循環(huán)正常情況下人體內(nèi)的氨主要在肝臟中合成尿素而解毒，只有少部分氨在腎臟以銨鹽形式

13、由尿排出。正常成人尿素占排氨總量的8090%。體內(nèi)氨的來源與去路保持動態(tài)平衡，使血氨濃度相對穩(wěn)定。在排尿動物體內(nèi)由NH3合成尿素是在肝臟中通過一個(gè)循環(huán)機(jī)制完成的，這一個(gè)循環(huán)稱為尿素循環(huán)，又稱Krebs循環(huán)或鳥氨酸循環(huán)。尿 素 循 環(huán)尿素循環(huán)主要器官：肝臟（肝細(xì)胞線粒體和胞漿）原料：合成1分子尿素需：總反應(yīng)方程式：生理意義：是體內(nèi)氨的主要去路，解氨毒的重要途徑。 CO2 2NH3（其中1分子來自于天冬氨酸） 3個(gè)ATP的4個(gè)高能磷酸鍵尿素 + 2ADP + AMP + 2Pi +PPi2NH3 + CO2 + 3ATP + H2O返回-酮酸的代謝氨基酸脫去氨基后生成-酮酸即氨基酸的碳骨架，可以有

14、三條代謝途徑。1再合成氨基酸非必需氨基酸2進(jìn)入三羧酸循環(huán)，氧化成CO2和水3轉(zhuǎn)化成糖及脂肪轉(zhuǎn)化條件： 當(dāng)體內(nèi)不需要將-酮酸再合成氨基酸, 并且體內(nèi)的能量供給充足時(shí), -酮酸可以轉(zhuǎn)化成糖和脂肪而貯存起來。-酮酸的代謝氨基酸碳骨架進(jìn)入三羧酸循環(huán)-酮酸的代謝氨基酸的三種類型生糖氨基酸：丙、精、天冬、天冬酰胺、胱-半胱、谷、谷氨酰胺、甘、組、羥脯、蛋、脯、絲、蘇、纈生酮氨基酸：異亮、苯丙、酪、色、賴生糖兼生酮氨基酸：亮返回一碳單位的代謝概念：氨基酸在分解過程中產(chǎn)生的含一個(gè)碳原子的基團(tuán)（不包括CO2）。種類：特點(diǎn)：不能游離存在，一般以四氫葉酸為載體參與反應(yīng)。甲基（-CH3）亞甲基（-CH2- 甲烯基）次

15、甲革（=CH- 甲炔基）甲?；?CHO）亞氨甲基（-CH=NH）一碳單位的代謝四氫葉酸（FH4）的結(jié)構(gòu)與合成蝶呤+對氨基苯甲酸+L-谷氨酸 二氫葉酸四氫葉酸二氫葉酸合成酶二氫葉酸還原酶一碳單位的代謝S-腺苷蛋氨酸(SAM)參與甲基化反應(yīng)N5-CH2-FH4NAD+NDAH+H+N5 , N10 -CH2-FH4還原酶N5, N10 - CH2-FH4為胸腺嘧啶合成提供甲基FH4 絲氨酸NAD+NDAH+H+N5 ,N10 -CH2-FH4脫氫酶H2OH+環(huán)水化酶 組氨酸甘氨酸FH4N5, N10 = CH-FH4參與嘌呤合成 N10 -CHO-FH4FH4 HCOOH參與嘌呤合成一碳單位的代

16、謝一碳單位的生理功能參與嘌呤、嘧啶核苷酸及蛋氨酸等的合成。將氨基酸與核苷酸代謝密切相連。參與許多物質(zhì)的甲基化過程。一碳單位代謝障礙會影響DNA、蛋白質(zhì)的合成，引起巨幼紅細(xì)胞性貧血?；前奉愃幖鞍奔奏┻实仁峭ㄟ^影響一碳單位代謝及核苷酸合成而發(fā)揮藥理作用。返回CO2的代謝氨基酸脫羧后形成的CO2大部分直接排出細(xì)胞外。小部分可通過丙酮酸羧化支路被固定，生成草酰乙酸或蘋果酸。這些有機(jī)酸的生成對于三羧酸循環(huán)及通過三羧酸循環(huán)產(chǎn)生發(fā)酵產(chǎn)物有促進(jìn)作用。返回胺的代謝氨基酸脫羧形成的胺可在胺氧化酶的催化下生成醛。醛在醛脫氫酶的催化下，加水脫氫生成有機(jī)酸。有機(jī)酸再經(jīng)氧化生成乙酰CoA。乙酰CoA進(jìn)入三羧酸循環(huán)，最后被氧化成CO2和H2O。返回